一种覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器制造技术

本发明专利技术公开了一种覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器，其特征在于，包括180

【技术实现步骤摘要】
一种覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器


[0001]本专利技术涉及数字移相器，尤其涉及一种覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器。

技术介绍

[0002]移相器是相控阵天线系统中的关键元件，可以控制天线单元微波信号的相位变化，从而实现对天线波束指向的控制，完成目标的搜索及跟踪。移相器的性能对相控阵的搜索定位能力起到关键作用。随着通信技术的发展，通信频段越来越高，移相器也逐渐向着高频宽带的方向发展。
[0003]集成芯片上的移相器的实现有有源和无源两种实现方法，有源方法多采用矢量合成的形式，这种方法有着移相精度高，损耗小的优点，但往往功率线性度受限，且功耗较大。无源方法有反射式和开关切换式两种形式。但在K和Ka波段，反射式的移相器芯片对元件尺寸变化较为敏感，存在着不同芯片间性能离散大、波动大的缺点。开关切换式的移相器由于取参考态和移相态的相位差，移相性能会更为稳定。覆盖K和Ka波段超宽带移相器可用开关切换式的全通网络或者带通网络实现，但传统的全通网络或者带通网络移相结构面临着在K和Ka波段开关隔离度较低，电感电容元件的寄生参量对性能影响较大等问题，需要一些针对性的结构来解决。文献(Eduardo V.P.Anjos,Dominique M.M.
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P.Schreurs,Guy A.E.Vandenbosch,etc,A 14
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50
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GHz Phase Shifter With All
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Pass Networks for 5G Mobile Applications,IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL.68,NO.2,FEBRUARY 2020)利用全通网络结构实现了14
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50GHz的两位移相器，但其所用全通网络单元较多，结构较为复杂，不利于小型化，且没有覆盖360
°
移相。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种移相精度高、寄生调幅小、电路结构简单的覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器。
[0005]技术方案：本专利技术的超宽带数字移相器，包括180
°
移相单元、45
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移相单元、22.5
°
移相单元、5.625移相单元
°
、11.25
°
移相单元和90
°
移相单元，六个移相单元以任意顺序依次连接；
[0006]所述5.625
°
移相单元、11.25
°
移相单元和22.5
°
移相单元采用磁耦合全通网络与并联电容相结合的结构；45
°
移相单元和90
°
移相单元采用耦合与非耦合全通网络结合的结构，180
°
移相单元采用开关选择型带通网络结构；其中，5.625
°
移相单元和11.25
°
移相单元的移相结构相同，45
°
移相单元和90
°
移相单元的移相结构相同；
[0007]以5.625
°
为步进值，实现360
°
移相。
[0008]进一步，所述5.625
°
移相单元和11.25
°
移相单元的移相结构相同，均采用磁耦合全通网络与并联电抗相结合的结构，包括第一～第四开关，第一～第二螺旋电感，第一～第二电容，第一～第四电抗元件以及第一～第二微带线；
[0009]所述第一微带线的第一端连接第一移相单元输入端口，第一微带线第二端与第一
开关的第一端连接，第一开关的第二端通过第一电抗性元件连接到地，第一螺旋电感的第一端连接到第一微带线第二端；
[0010]所述第二微带线的第一端连接第一移相单元输出端口，第二微带线第二端与第二开关的第一端连接，第二开关的第二端通过第二电抗元件连接到地，第二螺旋电感第一端连接到第二微带线第二端；
[0011]所述第一螺旋电感与第二螺旋电感相互缠绕，形成负的互感系数，第一螺旋电感第二端与第二螺旋电感第二端相连，作为第一公共端口；
[0012]所述第一电容的两端分别连接第一螺旋电感第一端与第二螺旋电感第一端；所述第二电容一端并联到地，另一端接入第一公共端口；第三开关的第一端接入第一公共端口，第二端接入第三电抗元件的第一端，第三电抗元件的第二端接地；第四开关的第一端接入第一公共端口，第二端接入第四电抗元件的第一端，第四电抗元件的第二端接地。
[0013]进一步，所述第一～第四开关为场效应管或PIN二极管开关管；
[0014]所述第一～第四电抗元件为单一电容或者电感电容串联、电感电容并联三种方式中的任意一种；
[0015]所述第一～第四开关工作状态相同，当第一～第四开关截止时，移相结构处于参考态；当第一～第四开关导通时，移相结构处于移相态。
[0016]进一步，所述22.5
°
移相单元结构包括第五～第八开关，第三～第四螺旋电感，第三～第五电容，第五～第六电抗性元件以及第三～第四微带线；
[0017]所述第五开关第一端连接22.5
°
移相单元输入端口，第五开关第二端通过第五电抗元件接地；所述第三微带线一端连接22.5
°
移相单元输入端口，另一端连接第三螺旋电感的第一端；
[0018]所述第八开关第一端连接22.5
°
移相单元输出端口，第八开关另一端通过第六电抗元件接地；所述第四微带线一端连接22.5
°
移相单元输出端口，另一端连接第四螺旋电感的第一端；
[0019]所述第三螺旋电感与第四螺旋电感相互缠绕，形成负的互感系数；第三螺旋电感第二端与第四螺旋电感第二端相连，作为第二公共端口；
[0020]所述第四电容的两端分别连接第三螺旋电感第一端与第四螺旋电感第一端；所述第五电容一端接到地，另一端接入第二公共端口；所述第六开关、第三电容和第七开关依次串联后，接入第三螺旋电感第一端与第四螺旋电感第一端之间。
[0021]进一步，所述第五～第八开关为场效应管或PIN二极管开关管；
[0022]所述第五～第六电抗元件可为单一电容或者电感电容串联、电感电容并联三种方式中的任意一种；
[0023]所述第五～第八开关工作状态相同，当第五～第八开关截止时，移相结构处于参考态；当第五～第八开关导通时，移相结构处于移相态。
[0024]进一步，所述45
°
移相单元和90
°
移相单元的移相结构相同，为开关选择型结构，包括第一～第二单刀双掷开关、第五～第六微带线、第一参考态网络和第一移相态网络；
[0025]所述第五微带线第一端连接第二移相单元输入端，另一端连接所述第一单刀双掷开关网络输入端；所述第六微带线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器，其特征在于，包括180
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移相单元、45
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移相单元、22.5
°
移相单元、5.625移相单元
°
、11.25
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移相单元和90
°
移相单元，六个移相单元以任意顺序依次连接；所述5.625
°
移相单元、11.25
°
移相单元和22.5
°
移相单元采用磁耦合全通网络与并联电容相结合的结构；45
°
移相单元和90
°
移相单元采用耦合与非耦合全通网络结合的结构，180
°
移相单元采用开关选择型带通网络结构；其中，5.625
°
移相单元和11.25
°
移相单元的移相结构相同，45
°
移相单元和90
°
移相单元的移相结构相同；以5.625
°
为步进值，实现360
°
移相。2.根据权利要求1所述的覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器，其特征在于，所述5.625
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移相单元和11.25
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移相单元的移相结构相同，均采用磁耦合全通网络与并联电抗相结合的结构，包括第一～第四开关(SW1～SW4)，第一～第二螺旋电感(L1～L2)，第一～第二电容(C1～C2)，第一～第四电抗元件(Z1～Z4)以及第一～第二微带线(TL1～TL2)；所述第一微带线(TL1)的第一端连接第一移相单元输入端口(RF1)，第一微带线(TL1)第二端与第一开关(SW1)的第一端连接，第一开关(SW1)的第二端通过第一电抗性元件(Z1)连接到地，第一螺旋电感(L1)的第一端连接到第一微带线(TL1)第二端；所述第二微带线(TL2)的第一端连接第一移相单元输出端口(RF2)，第二微带线(TL2)第二端与第二开关(SW2)的第一端连接，第二开关(SW2)的第二端通过第二电抗元件(Z2)连接到地，第二螺旋电感(L2)第一端连接到第二微带线(TL2)第二端；所述第一螺旋电感(L1)与第二螺旋电感(L2)相互缠绕，形成负的互感系数，第一螺旋电感(L1)第二端与第二螺旋电感(L2)第二端相连，作为第一公共端口；所述第一电容(C1)的两端分别连接第一螺旋电感(L1)第一端与第二螺旋电感(L2)第一端；所述第二电容(C2)一端并联到地，另一端接入第一公共端口；第三开关(SW3)的第一端接入第一公共端口，第二端接入第三电抗元件(Z3)的第一端，第三电抗元件(Z3)的第二端接地；第四开关(SW4)的第一端接入第一公共端口，第二端接入第四电抗元件(Z4)的第一端，第四电抗元件(Z4)的第二端接地。3.根据权利要求2所述的覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器，其特征在于，所述第一～第四开关(SW1～SW4)为场效应管或PIN二极管开关管；所述第一～第四电抗元件(Z1～Z4)为单一电容或者电感电容串联、电感电容并联三种方式中的任意一种；所述第一～第四开关(SW1～SW4)工作状态相同，当第一～第四开关(SW1～SW4)截止时，移相结构处于参考态；当第一～第四开关(SW1～SW4)导通时，移相结构处于移相态。4.根据权利要求1所述的覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器，其特征在于，所述22.5
°
移相单元结构包括第五～第八开关(SW5～SW8)，第三～第四螺旋电感(L3～L4)，第三～第五电容(C3～C5)，第五～第六电抗性元件(Z5～Z6)以及第三～第四微带线(TL3～TL4)；所述第五开关(SW5)第一端连接22.5
°
移相单元输入端口(RF3)，第五开关(SW5)第二端通过第五电抗元件(Z5)接地；所述第三微带线(TL3)一端连接22.5
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移相单元输入端口(RF3)，另一端连接第三螺旋电感(L3)的第一端；所述第八开关(SW8)第一端连接22.5
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移相单元输出端口(RF4)，第八开关(SW8)另一端通过第六电抗元件(Z6)接地；所述第四微带线(TL4)一端连接22.5
°
移相单元输出端口
(RF4)，另一端连接第四螺旋电感(L4)的第一端；所述第三螺旋电感(L3)与第四螺旋电感(L4)相互缠绕，形成负的互感系数；第三螺旋电感(L3)第二端与第四螺旋电感(L4)第二端相连，作为第二公共端口；所述第四电容(C4)的两端分别连接第三螺旋电感(L3)第一端与第四螺旋电感(L4)第一端；所述第五电容(C5)一端接到地，另一端接入第二公共端口；所述第六开关(SW6)、第三电容(C3)和第七开关(SW7)依次串联后，接入第三螺旋电感(L3)第一端与第四螺旋电感(L4)第一端之间。5.权利要求4所述的覆盖K和Ka波段的超宽带数字移相器，其特征在于，所述第五～第八开关(SW5～SW8)为场效应管或PIN二极管开关管；所述第五～第六电抗元件(Z5～Z6)可为单一电容或者电感电容串联、电感电容并联三种方式中的任意一种；所述第五～第八开关(SW5～SW8)工作状态相同，当第五～第八开关(SW5～SW8)截止时，移相结构处于参考态；当第五～第八开关(SW5～SW8)导通时，移相结构处于移相态。6.根据权利要求1所述的覆盖K和Ka波段...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天羽，韩群飞，王维波，葛逢春，闫昱君，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：